生态系统的物质循环（原卷版）-高二生物寒假复习（人教版选择性必修3）

第05讲生态系统的物质循环

【学习目标】

1.了解生态系统的功能物质循环途径，以胡杨树林为例，构建生态系统的物质循环概念，阐释能量流动和物

质循环的关系。进一步培养结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观。

2.科学思维：通过概括能量流动和物质循环的关系，分析在维持生态系统的稳定性中的价值，并运用所学知

识解决问题。

3.科学探究：通过对案例的分析与讨论，理解物质循环过程，并能解决实际问题。

4.能够运用人体稳态与平衡观，结合物质循环的过程，关注人与自然和谐相处的意义，提出改进农业生产方

式的新思路。

【基础知识】

一、生态系统的物质循环

组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本元素，不断进行的从无机环境到生物群落，再从生物群落到无机

环境的往复循环过程。

归纳总结：

1.研究的对象是基本元素而不是化合物；

2.研究的范围是整个生物圈，而不是某个具体的生态系统；

3.特点是循环往复，全球性。

二、碳循环的过程

.非牛物环境大气。02

呼

光合

呼

呼

燃

吸

作用

吸

吸

/烧

作

作

作

分

用

用

用

解

作

用

生物群落含碳有机物

1.碳循环中各成分包括:生产者、消费者、分解者和大气中的C02库。

2.双箭头的一端是生产者(除双箭头外，其余箭头都向外指)，另一端是无机环境(除双箭头外，其余箭头

都指向自己)。

3.碳在无机环境的主要存在形式是CCh和碳酸盐。

4.碳在生物群落内部以有机物形式存在。

5.系统分析法分析碳循环

主要物质形式主要参与生物主要生理作用

无机环境一生物群落生产者光合作用

co2

生物群落内部有机物生产者、消费者、分解者捕食、寄生、腐生

生物群落一无机环境生产者、消费者、分解者呼吸租用

co2

三、生物富集

生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。

归纳总结

1.研究对象：某种元素或难以降解的化合物：人工合成的有机物：如DDT、六六六，重金属：如铅(Pb)、镉

(Cd)、汞(Hg)。

2.富集途径：植物从环境吸收，人和其他生物沿食物链从食物吸收。

3.富集效应：随着营养级升高浓度升高。

四、土壤微生物对落叶的分解作用

1.实验原理：土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，它们在生态系统中的成分

为分解者。分解速度主要与环境温度和湿度有关。

2.参考案例

提出问题落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？

实验假设落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂

自变量土壤中是否含微生物

实验设计实验组对土壤灭菌处理

对照组对土壤不做任何处理(自然状态)

实验现象相同时间内对照组落叶腐烂，实验组不腐烂

结论分析土壤微生物对落叶有分解作用

注意事项：

1.实验组与对照组叶片种类、状态、数量与大小要保持一致。

2.土壤的灭菌处理不能在高温下进行，以避免改变土壤理化性质o土壤灭菌的方法是是将土壤用塑料袋包好,

放在60℃恒温箱灭菌1小时。

五、土壤微生物对淀粉的分解作用

1.实验原理：土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，它们在生态系统中的成分

为分解者。分解速度主要与环境温度和湿度有关。

2.实验步骤：配制土壤浸出液一在淀粉糊中分别加入土壤浸出液和等量蒸镭水分解处理一检测土壤分解效

果。

3.参考案例

提出问题土壤微生物能分解淀粉吗？

实验假设土壤微生物能分解淀粉。

实验设计自变量是否加入土壤浸出液

实验组A杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液

对照组B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸储水

实验现象加入碘液Ai组不变蓝

Bi组变蓝

加入斐林试剂A2组出现砖红色沉淀

B2组不出现砖红色沉淀

实验结论土壤微生物对淀粉有分解作用

,【考点剖析】

点一：生态系统的物质循环

例1“落红不是无情物，化作春泥更护花”体现了生态系统中物质循环的原理。根据这一原理，下列

说法不正确的是（）

A.物质循环中的“物质”指的是组成生物体的各种元素

B.物质循环中的“循环”指的是在生物群落和无机环境之间的循环

C.物质是能量的载体，物质循环也可以促进能量循环利用

D.生态农业可以加快生态系统的物质循环

【答案】C

【解析】生态系统的物质循环（生物地球化学循环）：在生态系统中，组成生物体的C、H、0、N、P、Ca

等元素，不断进行着从无机环境到生物群落，再回到无机环境的循环。物质循环的特点：循环往复、反复

利用，具有全球性。能量流动与物质循环之间的联系：①两者同时进行，彼此相互依存，不可分割；

②能量的固定、储存、转移、释放，都离不开物质的合成和分解等过程；

③物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；能量是推动物质循环的动力，使物质能够不断地

在生物群落和无机环境之间循环往返。

物质循环中的“物质”指的是组成细胞的各种元素，A正确；物质循环中的“循环”指的是在无机环境与生物群

落之间，B正确；生态系统的能量流动是单向的，不能循环利用，C错误；生态农业中利用人的调控作用,

可以加快物质循环，D正确。

考点二：碳循环的过程

2.“碳中和”是指国家、企业或个人等通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化

碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”，下列叙述错误的是（）

A.碳循环具有全球性，不是每个自然生态系统都可依靠自身实现“碳中和”

B.碳循环指CO?不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程

C.植树造林和减少化石燃料的燃烧，有利于“碳中和”提前实现

D.过度的人工碳排放可能会导致海平面上升

【答案】B

【解析】碳循环过程为：无机环境中的碳通过光合作用和化能合成作用进入生物群落，生物群落中的碳通

过呼吸作用、微生物的分解作用、燃烧进入无机环境。碳循环具有全球性，“碳中和”是全球性的，不是单独

的生态系统依靠自身能实现，A正确；碳循环是指C元素不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群

落到无机环境的循环过程，B错误：实现“碳中和”，可以增加生产者的数量，提高生产者对二氧化碳的消耗,

C正确；过度的人工碳排放可能会导致大气中二氧化碳浓度增加，温室效应的产生导致海平面的上升，D正

确。

考点三：生态系统的碳循环

例3.生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述，错误的是（）

A.消费者没有参与碳循环的过程

B.生产者的光合作用是碳循环的重要环节

C.土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节

D.碳在非生物环境与生物群落之间主要以CO2形式循环

【答案】A

【解析】生态系统指在自然界的一定的空间内，生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与

环境之间相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。生态系统的范围可大可小,

相互交错，太阳系就是一个生态系统，太阳就像一台发动机，源源不断给太阳系提供能量。消费者的存在

能加快生态系统的物质循环（碳循环），A错误；光合作用是指生产者利用光能，将二氧化碳和水转化成

有机物，并且释放出氧气的过程，大气CO2库中的碳进入生物群落是通过生产者的光合作用或化能合成作

用实现的，生产者的光合作用是碳循环的重要环节，B正确；土壤中的微生物可以通过呼吸作用将含碳有机

物中的碳返回大气中，土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节，C正确；碳在生物群落和非生物环境

之间的循环主要以C02的形式进行，在生物群落内部主要以含碳有机物的形式传递，D正确。

考点四、物质循环和能量流动的联系

4.下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，错误的是（

A.使用粪便作为肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的循环利用

B.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的

C.非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用

D.能量流动和物质循环是同时进行的，彼此相互依存，不可分割

【答案】A

【解析】A、使用粪便作肥料，其被微生物分解产生的无机物可以被植物利用，实现了物质的循环再生，但

能量以热能的形式散失，不能被植物利用，A错误；

B、碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以C02的形式进行的，B正确；

C、物质循环具有反复性，无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用，C正确；

D、生态系统的功能中，物质循环和能量流动同时进行，彼此相互依存、不可分割，D正确。

【真题演练】

1.（2022.北京.高考真题）鱼腥蓝细菌分布广泛，它不仅可以进行光合作用，还具有固氮能力。关于该蓝

细菌的叙述，不正确的是（）

A.属于自养生物B.可以进行细胞呼吸

C.DNA位于细胞核中D.在物质循环中发挥作用

2.（2021・北京・高考真题）野生草本植物多具有根系发达、生长较快、抗逆性强的特点，除用于生态治理

外，其中一些可替代木材栽培食用菌，收获后剩余的菌渣可作肥料或饲料。相关叙述错误的是（）

A.种植此类草本植物可以减少水土流失

B.菌渣作为农作物的肥料可实现能量的循环利用

C.用作培养基的草本植物给食用菌提供碳源和氮源

D.菌渣作饲料实现了物质在植物、真菌和动物间的转移

3.（2022•河北高考）（多选）18.某林场对林下无植被空地进行开发，采用了“上层林木+中层藤本药材+下

层草本药材+地表药用真菌，，的立体复合种植模式。下列叙述正确的是（）

A.林、藤、草和真菌等固定的太阳能是流入该生态系统的总能量

B.该模式改变了生态系统物质循环的渠道

该模式提高了生态系统的抵抗力稳定性

D.该模式利用群落的垂直结构提高了群落利用环境资源的能力

4.（2022・湖北高考）22.如图为生态系统结构的一般模型，据图回答下列问题:

（填“一定”或“不一定”）少于植食性动物的

数量。

（2）如果②、③、④代表能量流动过程，④代表的能量大约是②的

（3）如果图中生产者是农作物棉花，为了提高棉花产量，从物质或能量的角度分析，针对②的调控措施及

理由分别是;针对⑦的调控措施及理由分别是

【过关检测】

1.下图是生态系统中碳循环示意图，其中“一”表示碳的流动方向。下列叙述错误的是（）

A.在碳循环过程中，同时伴随着能量流动

B.由于某种原因造成图中E生物数量大量减少，推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是

D增多，F减少

C.该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B

D.在A-C过程中碳主要以C02的形式进行流动，在F-B过程中以含碳有机物的形式进行流动

2.碳循环是物质循环的主要类型，在生态系统的物质循环中具有重要作用。下列关于碳循环的叙述，错误

的是（）

A.碳循环过程中伴随着能量流动

B.碳元素主要是依靠生产者光合作用固定的

C.由于海洋的含碳量高，所以对大气圈中含碳量的调节起着非常重要的作用

D.生产者固定的C02与自身呼吸作用释放的C02相等时，可维持大气中的C02稳定

3.森林野火会导致海洋中蓝藻和绿藻的大量繁殖，形成水华。这与野火能增加碳排放量以及促进氮和磷等

物质的迁移密切相关。下列相关叙述错误的是（）

A.蓝藻和绿藻都含有光合色素，都能够进行光合作用

B.与绿藻不同，蓝藻以染色体DNA作为遗传物质

C.蓝藻和绿藻吸收较多的氮和磷有利于其大量繁殖，从而影响水生动物的生存

D.森林野火会增加大气中C02的含量，对生物圈的碳氧平衡产生影响

4.下列关于生态系统的碳循环的分析，错误的是（）

A.碳循环是指碳元素在食物链和食物网中循环流动

B.生物群落的碳元素可通过呼吸作用以CO2的形式进入无机环境

C.绿色植物体内的碳元素主要以有机物的形式流入消费者和分解者

D.火山喷发和燃料燃烧产生的CO2都是通过生产者进入生物群落的

5.为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，下列各项构成了一个实验设计，其中不符合实验目的的步

骤是（）

A.可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛选出落叶和土壤

B.将落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份

C.将灭菌的落叶设为对照组，不做处理的落叶设为实验组

D.将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况

6.使用催腐剂（含腐生细菌、真菌）有助于解决由焚烧秸秆、稻草等带来的环境污染、土地肥力下降等问

题。为探究催腐剂对植物落叶的分解作用，某研究小组将带有落叶的表层土壤均分为甲、乙、丙三组，其

中甲组不作处理，浇上等量的蒸储水。三组均放在无菌且其他条件适宜的环境中，每隔一段时间测定未腐

烂的落叶量，结果如图所示。下列相关分析合（）

A.乙组可能是对带有落叶的表层土壤进行了灭菌处理

B.甲组中参与落叶中有机物分解的生物都是细菌或真菌

C.丙组是一段时间后在灭菌的带有落叶的表层土壤中加入了催腐剂

D.催腐剂降解落叶产生的能量和C02可被植物重新吸收利用

7.高密度水产养殖常会引起池塘水体富营养化。下图为利用稻田生态系统净化鱼塘尾水的示意图，箭头所

指为水流方向。相关叙述正确的是（）

A.稻田生态系统净化鱼塘尾水的过程实现了水资源循环利用

B.鱼塘富营养化水为水稻生长提供了一定的N、P等微量元素

C.鱼塘尾水中的可溶性有机物能为稻田中的植物提供物质和能量

D.鱼塘尾水流经稻田后，B处水样中藻类数量有所增加

8.下列有关生物富集作用的说法，不正确的是（）

A.生物富集作用与人类的活动有关

B.环境中的有害物质可以被植物、动物直接吸收

C.食物链越高，有害重金属沉积越高

D.生物富集现象是局部的，不具有全球性

9.下列关于生态学问题的叙述中不正确的是（）

A.被有机物轻度污染的流动水体中，距排污口越近的水体中溶解氧越多，N、P等无机盐也越多

B.大力植树造林，改善能源结构，提高能源效率，是缓解温室效应的最佳途径

C.从废弃的农田到芦苇湿地的变化，体现了人类的活动使群落演替按照不同于自然演替的方向和速度进行

D.当水和土壤被重金属污染时，营养级越高的消费者体内的重金属含量越高

10.为更好地建设雄安新区，科研人员调查白洋淀水域生态系统各成分中难降解的有机氯农药DDT污染的

状况，得到下表所示检测结果。下列叙述错误的是（）

不同成分水底泥水生植物浮游动物底栖动物鲫鱼乌鳗

DDT含量

0.10.76.321.037.919.4124.4

(Hg/Kg)

注：鲫鱼主要以植物为食，乌鳗为肉食鱼。A.表格中各成分共同构成了该生态系统的营养结构

B.DDT几乎污染了白洋淀生态系统所有成分

C.营养级越高，生物体内的DDT含量越高

D.水生植物同化的太阳能只有少部分传递给乌鳗

11.某些人工合成的化合物如农药DDT、六六六等，进入环境后便参与生态系统的物质循环，但是，这些

化合物难以被降解并在生物体内蓄积。下表是某水域生态系统在结构和功能处于相对稳定状态时，甲、乙、

丙、丁四个种群所含有的总能量和残留DDT的平均浓度。下列说法错误的是（）

甲乙丙T

能量（kJ）2.8x1091.3x1089.1x1072.9x107

DDT浓度(ppm)0.040.350.393.4

A.该生态系统的水体中DDT的浓度小于0.04ppm

B.四个种群最简单的能量流动渠道是形成一条食物链

C.甲是该生态系统组成成分中的生产者

D.丁种群个体死亡后释放的DDT还可能再进入丁种群

12.为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，进行如下实验设计，其中不符合实验目的的步骤是（）

A.可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛选出落叶和土壤

B.将落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份

C.将灭菌的落叶设为实验组，不作处理的落叶设为对照组

D.将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况

13.某小组为探究土壤微生物的分解作用，进行了相关实验。下列相关叙述错误的是（）

A.本实验设置的因变量是土壤中微生物的种类以及数量

B.根据土壤中同种落叶的腐烂程度可以判断土壤微生物的作用

C.将带有落叶的土壤在60℃恒温箱中处理lh的目的是杀死土壤微生物

D.实验中土壤的温度和含水量、落叶的种类和大小都应保持相同且适宜

14.下列关于生态系统的物质循环的说法，正确的是（）

A.非生物环境中的氮元素无法被生物群落反复利用

B.各种化合物在生物群落与非生物环境之间可以往复循环

C.碳元素在非生物环境和生物群落之间主要以碳酸盐的形式循环

D.减少化石燃料的燃烧和植树造林可有效缓解温室效应

15.“哥本哈根气候变化大会”再次引起人们对温室气体排放的关注，以低能耗、低污染、低排放为基础的低

碳经济模式，越来越成为促进国家经济持续增长和可持续发展的重要经济模式。下列有关说法正确的是（）

A.生物群落内部进行碳循环的物质形式是CO2

B.煤、石油和天然气的大量燃烧，致使大气中的CO2急剧增加

C.大气中CO2进入生物群落的方式只有植物的光合作用

D.大力植树造林是缓解温室效应的唯一方法

16.某科研小组对薇甘菊入侵红树林的有关情况进行研究，选取未受入侵的红树林群落、轻度入侵的“红树

林一薇甘菊”群落、重度入侵的以薇甘菊为主的群落和无植被覆盖的光滩（分别编号为A、B、C、D）进行

实验，实验结果如下表。该小组还研究了红树林植被的碳转移途径，如下图所示。请回答下列问题：

群落ABCD

红树林植被碳转移模式图[单位：t/(hin2a)]

(1)由表中结果可知，该实验的自变量是,因变量是o

(2)薇甘菊入侵使表层土壤有机碳含量减少，最可能的原因是o

⑶薇甘菊与某种红树之间存在的种间关系是。从无植被覆盖的光滩上开始的演替属于

____________演替。

(4)据图分析，途径①是指,一年内植被碳储量的净增加量是。

17.2020年11月17日习近平总书记在金砖国家领导人会议上承诺我国力争2030年前达到碳达峰，2060

年前实现碳中和；碳达峰是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低；碳

中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能

减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。回答下列问题：

猫头縻

⑴生态系统中碳循环过程，图一中表示生态系统的成分：A是；碳循环的主要形式为

(2)此生态系统(图二)有条食物链，猫头鹰与蛇的关系是;流经此生态系

统的总能量是O

(3)我国要实现碳中和，你认为需要采取的措施是(至少1条)。

18.下图是某生态系统食物网的示意图，A〜E表示不同种生物。假如A被有机磷农药污染，则受危害最严

重的生物是哪种(用图中字母表示)？为什么？

危害最严重:，原因:

19.下图是某生态系统中能量与物质流动关系示意图，图中△为有毒物质浓度(百万分之一，即